Vielfachstreuung von Licht in Systemen dicht gepackter Mie-Streuer : Auf dem Weg zur Anderson-Lokalisierung?

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war, den theoretisch vorhergesagte Übergang von der klassisch diffusiven Lichtausbreitung in einem vielfachstreuenden System zu einem Anderson-lokalisierten Regime zu untersuchen. Dieser Übergang soll auftreten, wenn die mittlere freie Transportweglänge von gleicher Größe ist wie die effektive Wellenlänge in dem ungeordneten System. Dazu sollten die Parameter, d.h. die Teilchengröße und der Volumenanteil der Streuer in der Probe so bestimmt werden, daß die Probe eine besonders starke Sreustärke aufweist. In der vorgelegten Arbeit wurden dazu erstmals die Theorien der Mie-Einfachstreuung, des Strukturfaktors in der Näherung nach Percus-Yevick und der Energiedichten- 'Coherent Potential Approximation' zur Bestimmung des effektiven Brechungsindex in einem ungeordneten System kombiniert. Als Proben kamen Titandioxid-Vollkugeln (n=2,7) und selbstsynthetisierte Schichtstreuer aus einem Silikakern (n=1,44) mit einem Titandioxidmantel zum Einsatz. Es wurde ein Experiment aufgebaut, mit dem die kohärente Rückstreuung der Proben über große Winkelbereiche aufgezeichnet wurde. Dieses diente zur Bestimmung der Transportweglänge. Um die Diffusion der Photonen genauer untersuchen zu können, wurde ein zweites Experiment aufgebaut. Dieses erlaubt, die Flugzeiten zu vermessen, die einzelne Lichtpakete benötigen, um die Probe zu durchlaufen. Die Kurven der über die Polydispersität der Proben gemittelten Rechnungsresultate ließen sich ohne freie Parameter mit sehr guter Übereinstimmung mit den gemessenen Daten der Transportweglänge und der Diffusionskonstanten vergleichen. Mit den somit experimentell abgesicherten Rechnungen konnten erstmalig Teilchenparameter für Titandioxidhohlkugeln bestimmt werden, die die Untersuchung des vorhergesagten Übergangs vom diffusen Lichttransport zu einem Anderson-lokalisierten Regime ermöglichen sollten. Bei den vorliegenden Proben wurde bis zu einem minimalen Wert von kl*=6 klassische Diffusion festgestellt.